Polskie wojska dotarły pod zamek 25 sierpnia 1653, komendę nad oblężeniem przejął Kondracki, wsparty artylerią Henryka Denhoffa. W wyniku jednego z ostrzałów artyleryjskich, 12 września 1653 został trafiony namiot Tymofieja Chmielnickiego, któremu wybuch urwał nogę. Po wdaniu się gangreny, 15 października, syn Bohdana Chmielnickiego zmarł.
Pomimo utraty wodza i panującego głodu, Kozacy wciąż się bronili. Obrali następnie kolejnych wodzów, najpierw niejakiego Martyna, następnie Michaiło Federowicza. Wygłodzeni, wymęczeni Kozacy po kilku tygodniach wyrazili wolę negocjacji warunków kapitulacji twierdzy. Rozmowy z nimi prowadził w imieniu Rzeczypospolitej Sebastian Machowski. W wyniku negocjacji Kozacy wydali Polakom całą swoją starszyznę kozacką – 17 przedstawicieli starszyzny zostało ściętych przez Polaków. 12 października 1653 Kozacy stawili się na wałach przed twierdzą, wypowiedzieli słowa przysięgi i oficjalnie skapitulowali. Dzień później na honorowych warunkach, z rozciągniętymi chorągwiami, waląc w bębny, wraz z wozem z ciałem Tymofieja Chmielnickiego, Kozacy wyszli z twierdzy. Około 500 z nich zostało wymordowanych przez polskie wojska mszczące się za rzeź po bitwie pod Batohem, ale większość wojsk kozackich opuściła Mołdawię i wróciła na Ukrainę.